5G+智慧安全在化工行業的應用

康海燕

摘 要：文章主要介紹了5G技術的特點，分析了5G技術在智慧安全環保管控平臺的創新，描述了5G安全專網、MEC邊緣云的設計以及5G+智慧安全在化工領域的作用，最后介紹了基于5G安全專網的智慧安全環保管控平臺在某石化公司使用和取得的成效。

關鍵詞：5G;安全;化工

1? ? 智慧安全環保管控平臺與5G技術結合的必然性

1.1? 5G技術特點

第五代移動通信系統（5G），給人們的工作生活帶來了巨大的變化。5G 作為最新一代的無線通信技術，其超高速率、超低時延、超大連接特性將對城市建設、人類生活都產生巨大的影響[1]。以其為基礎的泛在傳感網絡將實現萬物互聯，人、機、物深度融合發展;同時，與物聯網、云計算、大數據、人工智能等為代表的新一代信息技術的深度融合，將催生出眾多新興的應用場景和創新管理模式。在2015年的ITU（國際電信聯盟）會議上，全球主要運營商和設備商共同定義了5G的3類典型應用場景。

一是增強型的移動寬帶eMBB。在適當的應用環境下，用戶上網峰值最高速率可達到10 Gbps甚至20 Gbps，為4K高清視頻、AR/VR、遠程教育等大帶寬應用提供支持。

二是大連接物聯網mMTC。正常應用場景下，5G網絡可支撐100萬/平方千米規模的人和物的連接，代表應用工業物聯網、智慧城市、智能家居。

三是低時延、超可靠通信uRLLC。這種場景要求下，5G網絡的時延達到1毫秒，為低時延、高可靠，例如自動駕駛/輔助駕駛、遠程控制等提供強有力的支持。

1.2? 5G技術優勢

創新是傳統制造業的核心，主要發展方向有精益生產、工作流程數字化、以及生產柔性化。5G網絡通信技術應用在不同的場景中都能進行很穩定并快速的傳輸，能夠適應多種復雜的場景，支持柔性制造，使生產線變得更靈活、更快速、更便捷。

5G網絡可為智能制造的各個應用場景提供低時延、高可靠的穩定連接，相比有線來說，可節省50%～70%成本，降低10%的能源消耗。

高帶寬、低延時能力的保障，可對于傳統的系統部署架構進行優化，可將計算能力放在云端，減少和統一本地工控機，并提升效率，而且在云端可以積累數據，優化算法，便于分布式應用，對于提升機器智能有幫助;工業控制的很多場景對時延要求都在5 ms之內，所以5G網絡的1 ms uRLLC特性在工廠領域具有廣闊的應用前景。

工業視覺處理。目前工業相機本地處理，費用昂貴? （3～6萬/臺）。如能在前端做預處理，在云端做復雜算法（如機器學習），就可以降低工業相機的部署和維護成本。實際應用場景可能需要1秒鐘完成圖像識別傳輸，預留給網絡間傳輸只有十幾毫秒，對于帶寬的要求甚至達到10 Gbps，而5G憑借eMBB和uRLLC特性滿足該場景應用。

2? ? 5G安全專網產品設計

5G專網產品是指利用5G組網、切片和MEC邊緣計算等技術，為客戶提供專屬覆蓋、網絡定制、數據隔離、質量保證的基礎連接網絡，實現大帶寬、低時延、安全可靠的數據傳輸，滿足客戶生產、辦公、管理等應用的通信服務需求[2]。

根據網絡定制化程度，分為5G獨立專網、5G混合專網、5G虛擬專網3種類型，以滿足客戶在不同場景、不同環節的通信服務需求。

2.1? 5G獨立專網

利用5G組網、切片和MEC邊緣計算等技術，采用專有無線設備和核心網一體化設備，為客戶構建一張速率、帶寬、安全都有保障的基礎連接網絡，實現生產數據與公共網絡之間數據徹底隔離，并且完全不受公眾網絡變化的影響。

從無線、傳輸到核心網，為客戶提供端到端的物理獨立網絡，做到物理資源獨享，與外部網絡硬性隔離。

2.2? 5G混合專網

主要是以5G數據分流技術為基礎，通過無線和核心網控制網元的靈活定制，為客戶構建一張安全、穩定、可靠、快速并且數據不出園的基礎連接網絡。

用戶轉發面網元UPF（MEC）私有化部署，無線基站、核心網控制面網元按需私有化部署，端到端采用靈活混合組網模式，實現數據不出園區，滿足客戶安全生產、低時延及業務隔離的訴求。

2.3? 5G虛擬專網

利用端到端切片及QoS技術，為實際應用場景提供一張高帶寬、低時延并與公眾網絡數據隔離的虛擬專有網絡。

企業側不單獨部署網絡設備，端到端共用供應商公眾網絡資源，通過切片技術為企業提供邏輯專享網絡資源，打造不同SLA級別的邏輯專網。

UPF作為移動錨點，負責分組路由、轉發、包檢測及策略執行、流量上報等功能，與MEC一體化部署，可實現云網深度融合。

AMF用于注冊、連接、可達性及移動性管理，完成用戶的接入認證和鑒權。

SMF用于會話管理、IP地址分配、策略執行、計費等功能。

2.4? MEC邊緣云

5G MEC邊緣云產品由邊緣UPF、邊緣IaaS、邊緣增強服務及邊緣應用組成，關鍵能力包括提供邊緣分流和算力服務、構建行業專網、支持云邊協同、多廠區互聯、提供用戶自助服務及高質量安全保障服務。

（1）提供邊緣分流和算力服務：通過UPF下沉至邊緣或用戶側機房，實現分組路由、包檢測、策略執行及計費報告生成等功能;通過算力部署到邊緣的網絡環境，實現更快、更強邊緣算力、增值能力和行業應用;通過UPF與MEP之間的網業協同接口MP2，提供帶寬管理、邊緣分流配置、RNIS等個性化CT-VAS服務;

（2）構建企業自主可控專網：5G MEC可與SMF/AMF核心網網元共平臺部署，實現插電即用，為各行各業提供專屬定制化的網絡配置和服務。

（3）支持云邊協同：5G MEC本身具備原生云網能力，支持與私有云、公有云等的云間協同，整合網絡、計算、存儲、平臺和應用，賦能各行各業，實現高效無極化協同。

（4）支持多場景互聯：5G MEC產品可與運營商各類專線產品組合，實現跨域多場景下的網絡互聯和業務協同，為實際使用者提供云網融合一體化方案和體驗。

（5）支持客戶私有化部署及控制：通過5G MEC+專網融合自服務平臺，在客戶進行私有化部署時提供自助分流管理、應用自部署、網絡狀態監控、自助維護及多場景的協同管理等能力。

（6）提供高質量安全保障服務：提供接入層、匯聚層、核心層分層等級安全保護，提供從應用開發、發布到上線、維護的全生命周期防護。

3? ? 5G+智慧安全在化工領域的應用

3.1? 智慧安全環保管控平臺

集成各類資源信息、安環業務數據，結合數據可視化、大數據分析等技術，支持安環多系統數據集中展示、分層展現、監測預警、關聯分析、主動發現、聯動預警等的業務特性。包含地圖導航系統、視頻點位GIS管理、廠區信息GIS管理、數據可視化展示、數據綜合分析、全域大屏展示等功能。

3.2? 施工過程安全管控系統

移動視頻監控設備經過安全密鑰處理后，將視頻數據回傳企業內網，在內網平臺進行AI的行為識別處理。

3.3? 高危氣體安全監測預警系統

氣體遙測監測設備，基于光譜識別算法模型，能夠實現監測半徑3千米范圍內空氣中污染氣體的快速定性識別和定量分析，快速定點定位污染源的和核定污染范圍

3.4? 基于光纖傳感器的密閉管道和容器泄漏監測系統

新建或改造管道上布設應變感測光纜，通過分布光纖應變測試技術進行長距離監測，實現對管道破裂預防及損傷探測。

3.5? 基于AI的火眼報警預警系統

基于AI的視覺識別系統，在圖像學習基礎上，對生產區1 200多路實時監控視頻進行圖像識別，對跑冒滴漏、冒煙以及起火等異常情況進行預警和報警。

3.6? 機器人巡檢系統

配置各類安全環保傳感器，按照規劃路線實現管線、設備、氣體的日常巡檢功能。

4? ? 5G+智慧安全環保管控平臺在企業的作用

江蘇某石化公司為央企在江蘇的分公司，主要從事合成樹脂、合成纖維原料、基本有機化工原料、成品油、合成橡膠等產品生產。江蘇聯通與其聯合承建的智慧安全環保管控平臺，基于5G安全專網，通過安全環保應用建設有效提升預警預報能力、降低事故隱患、提高事件處置效率，明顯降低因安全環保事故造成的經濟損失，實現公司安全、環保管理，從事后管理逐步向事前規范、預警報警、實時監督的閉環管理方向發展。

5? ? 結語

隨著社會與經濟的發展和技術的進步，化工行業旨在實現生產流程的準化、一體化、全局化、感知化、智能化，積極開展生產過程全方位、全過程、全要素的監測、診斷，運用5G高速率傳輸技術、物聯網、無線傳輸、云計算等現代化信息技術，全面落實“創新、協調、綠色、開放、共享”發展理念，推動各領域的大數據應用，加快生產方式、管理方式的創新，提高生產經營決策分析水平，推進智能石化建設，向產業中高端邁進，實現更高質量、更有效率、更可持續的發展。

[參考文獻]

[1]李旭茹，徐曉宇，岳亞偉.5G技術綜述[J].山西電子技術，2017（2）：91-93.

[2]葉國華.探析當前5G技術的發展現狀及挑戰[J].中國新通信，2016（7）：26.

（編輯 王永超）

Application of 5G+ smart security in chemical industry

Kang Haiyan

（China United Network Communications Co.， Ltd.， Jiangsu Branch， Nanjing? 210019， China）

Abstract：This article mainly introduces the characteristics of 5G technology， analyzes the innovation of 5G technology in intelligent safety and environmental protection management and control platform， describes the design of 5G safety private network and MEC edge cloud， as well as the role of 5G+ intelligent safety in the chemical industry， and finally introduces the application and achievements of intelligent safety and environmental protection management and control platform based on 5G safety private network in a petrochemical company.

Key words：5G; security; chemical